DE102006007012A1

DE102006007012A1 - Lageranordnung

Info

Publication number: DE102006007012A1
Application number: DE102006007012A
Authority: DE
Inventors: Alexander Dilje; Helmut Hauck; Thomas Helfrich
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2026-02-16
Also published as: DE102006007012B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, bestehend aus einem Lagerträger (1) und mindestens einem Lager (2), das von dem Lagerträger (1) gehalten wird. Um eine hohe Steifigkeit des Lagerträgers bei geringen Herstellkosten und geringem Gewicht zu erreichen, ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Lagerträger (1) mindestens ein Trägerblech (3) umfasst, das so relativ zu einem zweiten Trägerblech (4) oder zu einem Bauteil angeordnet ist, dass sich ein Hohlraum (5) bildet, wobei der Hohlraum (5) mit einem Füllmaterial zumindest teilweise ausgefüllt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung, bestehend aus einem Lagerträger und mindestens einem Lager, das von dem Lagerträger gehalten wird.
Lageranordnungen dieser Art sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt. Sie werden insbesondere eingesetzt, um in Pkw-Getrieben parallele Wellen zu lagern. Weiterhin gibt es diverse andere Anwendungsbereiche für derartige Lageranordnungen, beispielsweise die Lagerung von Riemenrollen etc.

In der DE 100 01 575 A1 wird beispielsweise ein Lagerträger offenbart, der zwei Wälzlager trägt. Der Lagerträger ist als tiefgezogenes Bauteil ausgebildet und weist zwei napfförmige Vertiefungen für die Aufnahme des Wälzlagers auf. Damit die beiden Lager fest im Lagerträger angeordnet sind, wird nach dem Einsetzen der Lager in die vorgesehenen Vertiefungen durch Verstemmen etwas Material des Lagerträgers so umgeformt, dass ein Formschluss vorliegt, der die beiden Lager am Herausfallen bzw. am Heraustreten aus ihrer vorgesehenen Aufnahme hindert.

Aus der DE 200 19 278 U1 geht eine Lageranordnung hervor, bei der vorgesehen ist, dass der Lagerträger im wesentlichen eben ausgebildet ist und in eine Eindrehung im Außenring des Wälzlagers eingreift. Dabei weist der Lagerträger in einer Aufnahmebohrung für das Lager eine Anzahl radial nach innen vorstehende Vorsprünge auf, die in die Eindrehung im Lagerring eingreifen, wobei die Eindrehung im Schnitt eine unter Winkel axial nach innen abfallende Form aufweist, so dass bei eingeschnappten Vorsprüngen der Lagerträger mit axialem Hinterschnitt in die Lagerring-Eindrehung eingreift.

Lösungen, bei denen ein Lager in einem Trägerelement durch Umspritzen oder Anspritzen mit Kunststoffmaterial gehalten wird, sind beispielsweise aus der DE 16 25 537 A1 , aus der US 4 025 135 A und aus der DE 197 13 880 A1 bekannt. Die hier erreichbare Festigkeit des Lagers im Lagerträger ist freilich entsprechend begrenzt, so dass derartige Lösungen nicht für alle denkbaren Anwendungsfälle einsatzfähig sind.

Die vorbekannten Lösungen sind mitunter nur mit einem relativ hohen fertigungstechnischen Aufwand herstellbar. Die benötigten Lagerplatten müssen meist mittels spezieller Formen entweder gegossen oder geschmiedet werden, was hohe Werkzeugkosten verursacht. Der erreichte Zustand ist relativ grob, so dass eine spanende Nacharbeit der Trägerplatten zumeist unabdingbar ist, was zu entsprechenden Bearbeitungskosten führt.

Bei der Montage müssen die Lager in den Lagerträger eingebracht werden, was Arbeitskosten verursacht sowie entsprechende Werkzeugkosten zur Folge hat. Bei der Fixierung der Lager im Lagerträger sind ebenfalls zusätzliche Arbeitskosten und Montagewerkzeuge erforderlich; ferner fallen gegebenenfalls Kosten für Zusatzbauteile, wie Sprengringe, an.

Weiterhin weist die Festigkeit bzw. Steifigkeit des Lagers in seinem Trägerelement mitunter nur einen so geringen Wert auf, dass sich die Anwendung in vielen Fällen verschließt. Es sei insbesondere auf die Lagerung einer Getriebewelle mittels einer gattungsgemäßen Lageranordnung hingewiesen. Sofern vorbekannte Lageranordnungen eine hinreichende Steifigkeit aufweisen, geht dies oft mit einem relativ hohen Gewicht einher, was entsprechend nachteilig ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lageranordnung der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass sie mit geringem Herstellungsaufwand realisierbar und entsprechend kostengünstig ist. Die Lageranordnung soll dabei leicht und dennoch steif ausgebildet sein, so dass sie auch für Anwendungen eingesetzt werden kann, bei der es auf eine präzise und steife Lagerung von Bauteilen ankommt, wie dies insbesondere in Getrieben für die dort verwendeten Wellen zutrifft.

Die Lösung dieser Aufgabe durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger mindestens ein Trägerblech umfasst, das so relativ zu einem zweiten Trägerblech oder zu einem Bauteil angeordnet ist, dass sich ein Hohlraum bildet, wobei der Hohlraum mit einem Füllmaterial zumindest teilweise ausgefüllt ist. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Lagerträger zwei in vorgegebenem Abstand zueinander angeordnete Trägerbleche aufweist, wobei der sich zwischen den beiden Trägerblechen befindliche Hohlraum vollständig mit Füllmaterial ausgefüllt ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Außenring und/oder der Innenring des Lagers eine Nut aufweist, in der passgenau ein Trägerblech angeordnet ist. In diesem Falle kann die Nut in einem axialen Endbereich des Außenrings und/oder des Innenrings des Lagers angeordnet sein. Besonders bevorzugt ist je eine Nut in den beiden axialen Endbereichen des Außenrings und/oder des Innenrings des Lagers angeordnet. Dabei kann weiterhin die Stirnseite des Außenrings und/oder des Innenrings des Lagers und des in die Nut eingesetzten Trägerblechs fluchten.

Um eine Befestigung zweier sich in vorgegebenem Abstand befindliche Trägerbleche miteinander mechanisch zu verbinden oder auch, um ein einziges Trägerblech an einem anderen Bauteil mechanisch festzulegen, kann vorgesehen werden, dass mindestens eines der Trägerbleche eine Durchhalsung aufweist, die in Richtung des weiteren Trägerblechs oder des Bauteils weist und an ihrem Ende eine Anlagefläche für das weitere Trägerblech oder für das Bauteil aufweist. Zur Befestigung mittels Schrauben kann die Durchhalsung mit einem Gewinde versehen sein.

Als Füllmaterial kommt ein Material zum Einsatz, das zumindest im Verarbeitungszustand gieß- oder schüttfähig ist. Das Füllmaterial ist dabei bevorzugt so ausgewählt, dass es zumindest nach seiner Verarbeitung aushärtet und dann im festen Zustand vorliegt.

Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Füllmaterial geschäumt ist. In diesem Falle kommt mit Vorteil ein geschäumtes Leichtmetall als Füllmaterial in Frage, wobei dabei insbesondere an Aluminium- oder Magnesiumschaum gedacht ist. Als Füllmaterial zum Einsatz kommen kann auch ein Kunststoff, massiv oder geschäumt eingespritzt.

Eine kostengünstige Fertigung ergibt sich, wenn das mindestens eine Trägerblech aus einem Blech spanlos geformt wird. Das Trägerblech kann dabei aus Stahl oder aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium, bestehen.

Das mindestens eine Lager ist vorzugsweise als Wälzlager ausgeführt. Die Lageranordnung kann zwei Lager aufweisen, wobei die beiden Lager nebeneinander so im Lagerträger angeordnet sind, dass ihre Achsen parallel zueinander verlaufen. Dabei befinden sich die beiden Lager bevorzugt im wesentlichen auf gleicher axialer Höhe.

Die Trägerbleche werden bevorzugt durch einen Umformprozess und/oder einen Stanzprozess hergestellt. Um den Lagerträger an einem weiteren Maschinenteil festzulegen, weist er bzw. seine Teile, vorzugsweise in seinem äußeren Bereich, in üblicher Weise eine Anzahl Befestigungselemente auf. Dabei kann es sich um Bohrungen zum Durchtritt einer Schraube oder um mit einem Gewinde versehene Bohrungen zum Zusammenwirken mit einer Schraube handeln. Der Lagerträger bzw. seine Teile können dabei, um eine höhere Festigkeit zu erreichen, im Bereich der Befestigungselemente eine vergrößerte Dicke aufweisen.

Mit der vorgeschlagenen Lösung werden verschiedene Vorteile erzielt:
Die Herstellung des Lagerträgers ist in relativ einfacher Weise möglich, wodurch die Herstellkosten – verglichen mit vorbekannten Lösungen – gering sind.

Die Fertigung der benötigten Teile der Lageranordnung gestaltet sich ebenfalls einfach und damit kostengünstig. Während bei vorbekannten Lösungen Trägerplatten mittels Formen gegossen oder geschmiedet werden müssen, was hohe Werkzeugkosten verursacht, ist es bei der Erfindung möglich, die Fertigung der Trägerbleche mit relativ geringer Anforderung durchzuführen. Insbesondere kann auf eine spanende Nacharbeit der Trägerplatten verzichtet werden. Die Genauigkeit der Trägerplatten ergibt sich zunächst aus der sehr guten Verformbarkeit im Falle dessen, dass Aluminiumträgerbleche als Ausgangsmaterial für die Trägerplatten verwendet werden. Dann wird durch das Einspritzen des Füllmaterials in den Hohlraum bei exakt positionierten Trägerplatten eine genaue relative Position der Trägerplatten definiert, was in kostengünstiger Weise möglich ist.

Gegenüber vorbekannten Lösungen kann mit weniger Materialeinsatz gearbeitet werden.

Die vorgeschlagene Lösung zeichnet sich auch durch ein sehr geringes Gewicht aus, da der bevorzugt zum Einsatz kommende Aluminiumschaum bei sehr hoher spezifischer Festigkeit leicht ist und nur die Trägerbleche massiv ausgeführt sind. Damit erreicht die vorgeschlagene Lageranordnungen sehr hohe – auf das Gewicht bezogene – spezifische Steifigkeiten, die vorbekannte Lageranordnungen nicht erreichen.

Die Montage der Einzelteile gestaltet sich ebenfalls sehr einfach. Hierzu werden lediglich die Trägerbleche in die Nuten des Lagerrings eingesetzt und relativ zueinander im gewünschten Abstand positioniert. Dann wird das Füllmaterial eingegeben, insbesondere eingespritzt, wodurch sich nach der Verfestigung bzw. Aushärtung des Füllmaterials ein fester Verbund ergibt, nachdem sich das Füllmaterial bei seiner Verfestigung bzw. Aushärtung fest mit der einen Seite des Trägerblechs verbindet.

Auf den Einsatz von Sprengringen etc. kann gänzlich verzichtet werden.

Insgesamt ergibt sich durch die vorgeschlagene Sandwich-Konstruktion des Lagerträgers eine kosten-, fertigungs- und festigkeitsoptimierte Alternative für vorbekannten Lageranordnungen, insbesondere für solche, die mit Platten aus Stahl oder Aluminium als Träger für das Lager abstellen, was für die Anwendung in Pkw-Getrieben Standard ist.

Bevorzugte Anwendungen der vorgeschlagenen Lageranordnung sind Pkw-Getriebe. Genauso kann die Lageranordnung aber auch für andere Anwendungen eingesetzt werden, z. B. für Applikationen, bei denen Lager in Lagerträgern und lagerträgerähnlichen Einheiten integriert werden müssen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigen:
1 den Radialschnitt durch einen Teil einer Lageranordnung mit einem Wälzlager, das von Trägerblechen gehalten wird, und
2 den Radialschnitt durch eine Lageranordnung, die zur Lagerung einer Laufrolle vorgesehen ist.
In 1 ist eine Lageranordnung zu sehen, die an einem nicht dargestellten Gehäuse eines Pkw-Getriebes angeordnet ist, um Wellen des Getriebes zu lagern. Die Lageranordnung weist ein Wälzlager 2 auf, das einen Außenring 6 und einen Innenring 7 hat, zwischen denen Wälzkörper 11 in Form von Kugel angeordnet sind. Das Wälzlager 2 wird von einem Lagerträger 1 gehalten.
Der Lagerträger 1 besteht dabei im Ausführungsbeispiel aus zwei Trägerblechen 3 und 4, die in einem vorgegebenen Abstand t zueinander beabstandet angeordnet sind. Zwischen den beiden plattenförmig ausgebildeten Trägerblechen 3, 4 befindet sich ein Hohlraum 5, der mit einem Füllmaterial vollständig ausgefüllt ist.
Bei dem Füllmaterial handelt es sich im Ausführungsbeispiel um Aluminiumschaum, der mit einem Spritzgießprozess in den Hohlraum 5 eingebracht wird, bis dieser vollständig mit Schaum ausgefüllt ist.
Damit die beiden Trägerbleche 3, 4 in einfacher Weise zueinander positioniert sind, weist der Außenring 6 des Wälzlagers 2 in seinen beiden axialen Endbereichen je eine Nut 8 auf, die als ringsförmige Eindrehung ausgebildet ist. Die Breite der Nut 8 in Achsrichtung entspricht der Dicke des Trägerblechs 3, 4. Folglich ergibt sich stirnseitig eine weitgehend ungestörte, ebene Fläche der Teile Wälzlager und Trägerblech.
Damit sich die beiden Trägerbleche 3, 4 relativ zueinander in exakt der gewünschten Position befinden, weist eines der Trägerbleche 3 eine Durchhalsung 9 auf, die in einem Umformprozess erzeugt sein kann. Am axialen Ende der Durchhalsung 9 wird eine Anlagefläche 10 gebildet, an der die eine Stirnseite des anderen Trägerblechs 4 anliegt.
Die Durchhalsung kann mit einem Gewinde versehen sein, um eine – nicht dargestellte – Schraube zur Befestigung der gesamten Lageranordnung oder auch nur der beiden Trägerbleche 3, 4 relativ zueinander einschrauben zu können.
Bei der Lösung gemäß 2 geht es darum, eine Laufrolle 12 mittels eines Wälzlagers 2 zu lagern. Der Lagerträger 1 trägt hier den Innenring 7 des Lagers 2, wozu dieser zwei Nuten 8 aufweist. Wie bei der Lösung gemäß 1 sind hierdurch auch wieder zwei Trägerbleche 3, 4 in definiertem Abstand t zueinander angeordnet, wobei der sich zwischen ihnen ergebende Hohlraum 5 mit Aluminiumschaum ausgefüllt ist.
Der Lagerträger ist also in beiden Fällen als Sandwich-Bauteil ausgeführt, wobei zwischen zwei Trägerblechen 3, 4 eine Auffüllung vorgesehen ist. Die Materialien für die Trägerbleche 3, 4 und die Füllung für den Hohlraum 5 werden gemäß den konkreten Anforderungen an die Lageranordnung gewählt. Das Füllmaterial ist gieß- oder schüttfähig und verbindet sich nach dem Einbringen in den Hohlraum mit den Trägerblechen, wobei sich das Füllmaterial dann in eine feste Struktur wandelt. Bevorzugt sind als Trägerbleche dünne, spanlos umgeformte Aluminiumbleche vorgesehen und eine Füllung mit Aluminiumschaum.

1: Lagerträger
2: Lager
3: Trägerblech
4: Trägerblech
5: Hohlraum
6: Außenring
7: Innenring
8: Nut
9: Durchhalsung
10: Anlagefläche
11: Wälzkörper (Kugel)
12: Laufrolle (Pulley)
t: Abstand

Claims

Lageranordnung, bestehend aus einem Lagerträger (1) und mindestens einem Lager (2), das von dem Lagerträger (1) gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (1) mindestens ein Trägerblech (3) umfasst, das so relativ zu einem zweiten Trägerblech (4) oder zu einem Bauteil angeordnet ist, dass sich ein Hohlraum (5) bildet, wobei der Hohlraum (5) mit einem Füllmaterial zumindest teilweise ausgefüllt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (1) zwei in vorgegebenem Abstand (t) zueinander angeordnete Trägerbleche (3, 4) aufweist, wobei der sich zwischen den beiden Trägerblechen (3, 4) befindliche Hohlraum (5) vollständig mit Füllmaterial ausgefüllt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (6) und/oder der Innenring (7) des mindestens einen Lagers (2) eine Nut (8) aufweist, in der passgenau ein Trägerblech (3, 4) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (8) in einem axialen Endbereich des Außenrings (6) und/oder des Innenrings (7) des Lagers (2) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass je eine Nut (8) in den beiden axialen Endbereichen des Außenrings (6) und/oder des Innenrings (7) des Lagers (2) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stirnseite des Außenrings (6) und/oder des Innenrings (7) des Lagers (2) und des in die Nut (8) eingesetzten Trägerblechs (3, 4) fluchtet.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eines der Trägerbleche (3, 4) eine Durchhalsung (9) aufweist, die in Richtung eines weiteren Trägerblechs (4) oder des Bauteils weist und an ihrem Ende eine Anlagefläche (10) für das weitere Trägerblech (4) oder für das Bauteil aufweist.
Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchhalsung (9) mit einem Gewinde versehen ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial zumindest im Verarbeitungszustand gieß- oder schüttfähig ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial zumindest nach der Verarbeitung aushärtet und dann einen festen Zustand aufweist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial geschäumt ist.
Lageranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial ein geschäumtes Leichtmetall ist.
Lageranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmaterial Aluminium- oder Magnesiumschaum ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Trägerblech (4, 5) aus einem Blech spanlos geformt ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Trägerblech (4, 5) aus Stahl besteht.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Trägerblech (4, 5) aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder Magnesium, besteht.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Lager (2) ein Wälzlager ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sie zwei Lager (2) aufweist, wobei die beiden Lager (2) nebeneinander so im Lagerträger (1) angeordnet sind, dass ihre Achsen parallel zueinander verlaufen.
Lageranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass sich die beiden Lager (2) im wesentlichen auf gleicher axialer Höhe befinden.